区块链成为近两年热点话题，因其通过分布式数据存储、点对点（P2P）传输、共识机制、加密算法等技术的集成，可有效解决传统交易模式下数据在系统内流转过程中的造假行为，从而构建可信交易环境，打造可信社会。区块链技术在金融、IOT、数据、电信等领域具有广泛的应用前景。在能源领域，虽然目前区块链技术应用案例较少且规模较小，并且实际运营经验不足，但是区块链在未来能源领域具有广泛的应用潜力，正成为当今能源领域的一个重要应用方向。总结国内外能源领域区块链技术的应用情况，将对我国能源领域应用区块链技术、使区块链技术成为能源转型和模式进化的催化剂，具有重要的借鉴意义和参考价值。本文首先概述区块链的定义和特点，总结国内外区块链技术总体发展情况，分析区块链在能源领域的发展现状；其次重点介绍区块链技术在能源领域的应用，对典型案例进行深入解剖和分析；最后探讨能源区块链发展中存在的问题和面临的挑战，供参考。
（来源：微信公众号“能源研究俱乐部”ID：作者：能源情报研究中心邱丽静）
一、区块链技术概述
“区块链”（）技术起源于“比特币”。2008年一个笔名为中本聪的作者发表了一篇名为《比特币——一种点对点的电子现金系统》的文章，阐述了一种基于P2P网络技术、通过加盖时间戳、参与各方一同记账、一同公证、每十分钟确认一次交易的分布式记账系统，标志着比特币的诞生。随后，该理念很快步入实践。然而，目前尚未形成关于区块链的统一定义。如今比较通行的定义为：区块链是分布式数据存储、P2P传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链技术是比特币的底层核心技术，其本质是一个去中心化的数据库，任何一笔交易都会通过数据库发给全网的其他每个节点。与传统数据库技术相比，区块链技术具有去中心化、数据不可篡改、集体维护、信息公开透明、智能合约、可追溯性、开放性、无需信任系统等特点。作为一类新兴的分布式数据存储技术，区块链在金融、政务、能源、医疗、知识产权、司法、网络安全等行业领域的应用逐步展开，正成为驱动各行业技术创新和产业变革的重要力量。根据发布的《2019年的19项关键技术》报告，区块链被视为即将改变世界经济、在未来10年改变人们生活方式的19项关键技术之一。
“区块链+”产业图景
二、国内外区块链技术发展总体情况
（一）国内外区块链整体发展情况
区块链技术作为“比特币”的底层技术，自2009年以来，随“比特币”在全球范围内兴起，逐步走进人们的视野。发布的数据显示，自2009年至2019年8月，全球区块链产业累计投融资规模为亿美元。全球各国推动的区块链项目数量达154项，主要应用于金融业、政府档案、数字资产管理、投票等领域，其中政府项目数量较多的前三个国家分别是荷兰、韩国和美国。
目前，世界各国政府、产业界和学术界都高度关注区块链的应用发展，相关的技术创新和模式创新不断涌现，已经有越来越多的国家和地区将区块链作为战略发展方向。其中，欧盟相对较为积极，于2018年2月成立欧洲区块链观察论坛，该论坛主要职责包括：政策确定、产学研联动、跨国境BaaS（）服务构建、标准开源制定等，并且通过创新项目投入500万欧元作为区块链研发基金，预计2018～2020年的3年间区块链方面投资将达到3.4亿欧元。
澳大利亚联邦政府已在区块链技术上进行了大量投资，包括在2018～2019财年向数字创新机构投资70万美元，用于研究在政府支付方面使用区块链的益处。2019年3月，澳大利亚宣布了一项国家区块链路线图战略，该战略侧重于各种政策领域，包括监管、技术和能力建设，以及创新、投资、国际竞争力和合作。澳大利亚政府认为，诸如国家区块链路线图之类的政策可以帮助该国成为新兴区块链行业的全球领导者。
英国政府在现阶段的区块链创新竞赛中处于突出的领先地位，其诸多创新举措为其他国家区块链领域的政策制定与研究提供了重要参考。2016年1月，英国政府发布《分布式账本技术：超越区块链》白皮书，第一次立足国家层面对区块链技术的发展进行全面分析并给出研究建议。英国金融行为监管局（FCA）早在2015年11月就发布了《监管沙盒》指引文件，首次提出监管沙盒的核心意义与具体实施要求，为区块链等金融科技企业在监管政策不确定的情况下提供了一个安全创新的环境。FCA至今已完成共三批测试招募，正式进入测试环境的企业中区块链方向的超过半数。德国、巴西等国也在尝试利用沙盒探索区块链行业监管和应用。
在美国，由于各州政策不一，虽然区块链在美国初创企业中仍是热潮，但产业政策推动一直较慢。
日本政府在区块链技术的研究和控制方面持更加积极且审慎的态度。日本正在国家层面积极制定法律，并进一步规范大型金融、物流和商业部门，以实现区块链技术和数字货币的早日应用。
区块链技术日益受到我国政府的重视，政府陆续出台许多政策推进区块链技术的发展及应用，但整体看，国内区块链的应用探索尚处于早期研究阶段。国务院印发《“十三五”国家信息化规划》，区块链与大数据、人工智能、机器深度学习等新技术，成为国家布局重点。中国人民银行印发《中国金融业信息技术“十三五”发展规划》，明确提出积极推进区块链、人工智能等新技术应用研究，并组织进行国家数字货币的试点。2016年10月，工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书》，这是我国政府首个落地的区块链官方指导文件。
在区块链技术写入“十三五”规划之后，我国各地政府积极推动区块链产业发展，纷纷成立区块链实验地、研究院。目前，深圳、杭州、广州、贵阳等地都在积极建立区块链发展专区，给予特别扶持政策。其中，广州在2017年12月正式发布广州区块链10条策略，在黄浦区和开发区打造区块链企业技术创新区。深圳在2018年3月由深圳市经济贸易和信息化委员会发布《市经贸信息委关于组织实施深圳市战略性新兴产业新一代信息技术信息安全转型2018年第二批扶持计划的通知》，区块链在扶持方向之列，这是继广州、贵阳、青岛、杭州之后，国内第5个地方政府出台关于区块链的扶持政策。
（二）国内外能源区块链发展情况
区块链技术作为一种新的分布式数据库技术，其去中心化、公开、透明的特点让每个个体均可参与数据库记录。虽然区块链在能源领域的应用案例较少且规模较小，并且实际运营经验不足，但是区块链在未来能源领域具有广泛的应用潜力，正成为当今能源领域的一个重要应用方向。
1.全球能源区块链仍处于探索起步阶段
近年来，能源区块链技术应用已出现众多案例，国内外多家能源企业展开探索，主要应用于分布式能源交易、绿证资产数字化、供应链金融、碳市场交易、电动汽车充电及结算等场景，降低了交易成本，提高了效率。西班牙可再生能源巨头伊维尔德罗拉（）正在利用区块链技术追踪可再生能源，目前已启动试点且取得成功。西班牙能源巨头雷普索尔（）宣布，已成功完成一项区块链试点，可以改进石化产品的认证过程，提高产品的安全认证质量，此举每年可节省高达40万欧元的成本。值得一提的是，美国能源部2019年1月初也宣布，将为包括区块链在内的大学技术研究提供480万美元的资金。
区块链在能源领域的技术优势在于，以通证为基础的流通和激励机制实现分布式能源P2P交易过程。2016年4月，在美国纽约布鲁克林微网项目中，屋顶光伏发电供应者与电力用户基于以太坊区块链智能合约，实现P2P直接交易，被认为是开启了区块链技术在能源领域应用的先河。
虽然全球各地相继出现了多个示范项目，但能源区块链应用仍处于小范围试点阶段，且以实验性质居多，技术、经济与政策的限制使得短时间内区块链技术无法对能源行业产生实质影响。美国、德国、荷兰、澳大利亚、新西兰、南非都有早期区块链能源公司，基于以太坊智能合约开发电力交易平台，用智能仪表采集数据，P2P的发电、用电、交易技术趋于成熟。
相比国外能源区块链投资与应用的活跃程度，我国能源区块链发展基本上还是刚刚起步的状态。2016年之前，“能源互联网的规划、运行与交易基础理论”已经被相关文件界定为“智能电网基础支撑技术”项目下的基础研究类题目，该项目的实施周期为5年（2016～2020）。2016年首个区块链能源实验室成立，并推出能源区块链主链Demo，这些都体现出我国探索者在该领域的努力。
2.区块链技术助力全球能源转型
2019年2月，国际可再生能源署（IRENA）发布的题为《可再生能源未来的创新》报告指出，为了加速电力行业的低成本可再生能源发电，各国需要创新的技术工具，使其能够从可再生能源规模扩大中受益。报告中提到的创新包括时间使用税、聚合器和区块链等支持技术。该报告指出，有189家公司正在使用能源区块链，71个项目使用能源区块链，其中约50%的项目建立在以太坊区块链上。IRENA报告称，总体来看，截至2018年9月，电力行业的区块链投资额已经达到4.66亿美元。
在数字化浪潮下，绿色能源资产数字化转型必将形成多方生态智联、产业链价值自由流通、多场景智能化绿色应用的生态网络。能源企业的传统业务模式和盈利模式不再适应数字化、低碳化的新经济格局需求，以能源用户为主导的能源变革对企业既有系统提出新的挑战。能源行业正面临传统一次能源向基于光风电等二次能源的转型期，数字化被视作实现传统能源行业转型升级并重新焕发生机的重要驱动力，而区块链基于其去中心化、智能合约等技术特征正在被应用至能源价值链的多个环节。
以电力为例，通过区块链技术，我们可以安全便捷地将分布式能源资源纳入电网平衡过程。利用大量的分布式资源可以创建“虚拟发电厂”。它们能够提供与集中式发电厂相同的服务，但在很大程度上由个人和企业，而不是电力公司拥有。用户可以从自有资产，而不是电力公司拥有的资产中获益，这大大降低了系统的运营成本。区块链技术使我们能够协调这些资产的充电或放电，拥有这些资产的用户可以购买这些服务自用，或通过提供这些服务而获得回报。其结果是大幅提升电网利用率，并显著提高可再生能源、能效和清洁能源资产等纳入电网运营的能力。
3.能源区块链初创型公司集中在发达国家
根据行业调研机构GTMResearch发布的《2018能源领域区块链发展》报告，在其统计调查范围内，已经有122家区块链初创公司活跃在能源领域，其中有54家公司是2017年成立的。能源区块链技术的逐渐成熟推动了资本涌入相应的初创型公司，目前来看这类公司主要还是集中在欧美日等发达国家。欧洲尤其是德国也有不少能源区块链项目，德国对区块链技术整体持较为支持的态度，加上德国较为发达的分布式可再生能源，使得区块链在能源领域的应用十分有前景。此外，专注于能源的区块链创业公司PowerLedger已经在澳大利亚和新西兰试运行了几个区块链平台项目。奥地利的GridSingularity是将区块链技术应用到能源领域的主要欧洲开发商。2017年5月，落基山研究所（RMI）与GridSingularity合作建立了能源互联网基金会（EWF），该基金会旨在促进区块链项目在能源领域的商业部署。
另据FortuneBusinessInsights发布的报告，由于加大力度推动绿色能源，预计到2026年底，全球能源公用事业的区块链市场规模将达到15.664亿美元，2018～2026年间的年复合增长率将达到37.6%。能源公用事业市场研究报告中区块链涉及的主要公司包括IBM、Greeneum、Oracle、微软、EnergiMine、埃森哲PLC、InfosysLimited等。
4.全球传统油气企业加快进入区块链领域
在全球经济增速放缓、环保标准日渐严苛的背景下，大批传统油气企业进入发展瓶颈期，油气企业期待利用区块链、大数据、人工智能等数字化技术，完善旗下产业链流程、提高运营效率和安全性，同时实现环保等可持续目标。根据德勤调查，72%的石油和天然气行业高管期待采用区块链技术。德勤表示，在能源和资源领域中采用区块链，可以提高可视性、运营效率并简化监管流程。区块链可以为执行和记录能源交易提供可靠而有效的平台，存储大量干净、防篡改的数据，同时还可供监管机构访问和跟踪。
国外大型油气企业已经开始投入资源打造区块链+油气交易的平台。国内最先尝试做油气+区块链试点的企业是中化能源科技有限公司。中化能源科技以实货贸易为切入口，引用区块链技术。2017年12月，中化集团针对从中东到中国的原油进口业务，成功完成我国第一单区块链原油进口交易试点，原油交易执行效率提高50%以上。2018年4月，中化集团下属中化能源科技有限公司针对一船从中国泉州到新加坡的汽油出口业务，完成区块链应用的出口交易试点，这是全球首单有政府部门参与的能源贸易区块链应用项目，通过引入银行资金，降低贸易融资成本30%以上。
5.国内能源企业积极探索区块链技术应用
相比国外区块链能源投资与应用的活跃程度，我国能源区块链领域近几年也开始出现探索者，比如北京能链众合科技有限责任公司2016年完成由上海古莲资本和北京金科君创领投的千万元级别首轮融资。此外，各地方政府正在加紧准备推出区块链产业扶持政策。区块链和新能源本身就是两大支持发展方向。早在2017年，国家发展改革委就出台政策，支持用户间分布式能源的直接交易，并且开展了相关试点。2019年，江苏出台了隔墙售电的相关细则。在法律法规上，为区块链技术参与分布式电力交易提供了比较好的支持。
国内的能源企业也在大力推进能源区块链。2019年10月，国家电网公布，国网区块链科技（北京）有限公司正式成立。下一步，国网区块链科技公司将借助区块链最强大的行业泛在连接能力、最灵活的资源优化配置能力、最高效的价值共创共享能力，赋能枢纽型、平台型、共享型企业发展，全面助力“三型两网”世界一流能源互联网企业建设。2019年12月，国网区块链科技公司基于自主研发的区块链底层技术服务平台，全面强化区块链在能源电力领域的应用落地，在新能源云、电力交易、优质服务、综合能源、物资采购、智慧财务、智慧法律、数据共享、安全生产、金融科技等十大场景形成了具备典型性、高可行性的区块链技术解决方案。目前，十大典型场景已在适应能源变革、优化营商环境、提升服务水平、提高协同效率、强化安全保障等方面取得了良好效果。
三、区块链在能源领域的应用场景分析
分布式被视为区块链技术在能源中最具前景的应用方向。现有的集中式多级管理能源系统不仅复杂，而且消耗资金。而区块链技术可以将能源生产商和能源消费者（首先是电力生产商和电力消费者）直接联系起来，从而简化各方的相互关系和相互影响。预计在这种新型的能源系统中，小型分布式电源（通常是指可再生能源的分布式电源）生产的电力将直接通过微电网供应给终端电力用户。利用区块链技术，发电量和用电量将通过智能电表计量，交易业务和支付业务将通过智能合同的控制以数字货币的形式实现。如此一来，电力公司或代理商将无需参与其中。能源大宗商品交易和分布式能源电力交易（P2P交易）是目前区块链在能源行业的主要应用场景，尤其是对于分布式光伏发电，由于其电压等级较低无法远距离传输，通过区块链可以实现用户和发电者之间的P2P交易。
（一）能源交易
1.P2P能源交易
P2P能源交易使能源消费者主动参与能源交易，变为能源的产消者。一方面用户可以从电网或自己的分布式能源中用电；另一方面可以将多余的能源售卖给电网和其他消费者。从电力效用角度来看，能源使用效率的提高可以直接减少区域内的负载，缓解电网压力。这个场景中的产消者不局限于住宅用户，商业用户和工业用户同样可以扮演产消者的角色，物理流与信息流均可以在端与端之间进行交互。
